Với nhu cầu ngày càng tăng về trọng lượng nhẹ cấu trúc trong sản xuất công nghiệp, chất kết dính mềm đang được sử dụng rộng rãi hơn trong các lĩnh vực như ô tô, hàng không vũ trụ và thiết bị điện tử. Sự thất bại mệt mỏi của chất kết dính mềm trong điều kiện làm việc tải tuần hoàn sẽ ảnh hưởng đáng kể đến việc sử dụng an toàn của cấu trúc liên kết. Xem xét rằng các chất kết dính mềm có xu hướng thể hiện độ nhớt đáng kể, nghiên cứu sự biến dạng của các chất kết dính mềm nhớt dưới tải chu kỳ đa trục phức tạp có ý nghĩa quan trọng đối với thiết kế chống mệt mỏi và đánh giá an toàn của các cấu trúc liên kết. Gần đây,Đội ngũ giáo sư Zhang Jun, Đại học Trịnh ChâuMột nghiên cứu thực nghiệm về hành vi biến dạng của chất kết dính mềm polyurethane sửa đổi HP-172B trong điều kiện làm việc kéo dài trục đơn và kiểm soát căng thẳng đa đường trục kép đã được thực hiện (Hình 1) và một mô hình cấu trúc tuần hoàn mô tả các biến dạng phức tạp được mô tả ở trên đã được thiết lập.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2) (b) Đường kim cương; c) Đường vòng; (d) Đường dẫn hình bầu dục.

Nghiên cứu này bắt đầu bằng việc chuẩn bị mẫu chất kết dính mềm polyurethane biến đổi hình quả tạ và tiến hành thí nghiệm chu kỳ kéo một trục. Như thể hiện trong Hình 2, các chất kết dính mềm có đặc tính nhớt đã trải qua quá trình leo tuần hoàn liên tục và tích lũy căng thẳng ratchet dưới tải tuần hoàn. Khi số lượng chu kỳ tăng lên, làm mềm tuần hoàn xảy ra với chất kết dính mềm và giảm dần năng lượng tiêu tán. Để mô tả quy luật tiến hóa này, nghiên cứu đề xuất một mô hình cấu trúc nhớt phi tuyến tính có tính đến các đặc tính dính của vật liệu và dựa trên mô hình Kelvin và Maxwell, các biểu thức toán học chứa hàm tích lũy căng thẳng và hàm độ dốc được xây dựng để dự đoán sự tích lũy căng thẳng và hành vi làm mềm tuần hoàn của vật liệu dưới tải tuần hoàn.

Hình 2 Kết quả kiểm tra chu kỳ tải trục đơn

Hình 3 Đường cong đáp ứng căng thẳng của chất kết dính mềm dưới các đường tải khác nhau

Xem xét rằng các chất kết dính mềm trong dịch vụ thực tế cũng có thể cần phải chịu tải chu kỳ hai trục, nghiên cứu này tiếp tục tiến hành các thử nghiệm tải chu kỳ kéo hai trục xem xét các đường tải phức tạp. So với tải tuần hoàn trục đơn, các đường dẫn tải không tỷ lệ dẫn đến sự tích tụ căng thẳng ratchet đáng kể hơn và các quy luật tiến hóa của căng thẳng ratchet có liên quan đến đường dẫn tải mạnh (Hình 3). Trong điều kiện làm việc của tải tuần hoàn không tỷ lệ, biến dạng kéo theo các hướng khác nhau dẫn đến sự thay đổi tương tác giữa các chuỗi phân tử, làm cho sự phục hồi dính của chuỗi phân tử khó khăn hơn so với tải tỷ lệ và cuối cùng biểu hiện thành các quy luật tích lũy căng thẳng Ratchet khác nhau. Ngoài ra, các chất kết dính mềm dưới các đường dẫn tải khác nhau thể hiện các quy luật tiến hóa năng lượng tiêu tán khác nhau, và cả năng lượng tiêu tán ban đầu và tổng năng lượng tiêu tán tương ứng với đường dẫn tải không tỷ lệ đều cao hơn đường dẫn tải tỷ lệ, cho thấy rằng đường dẫn tải không tỷ lệ có thể gây ra thiệt hại lớn hơn cho vật liệu. Để mô tả sự biến dạng của vật liệu dưới một đường dẫn tải phức tạp, nghiên cứu này đã phát triển một mô hình cấu trúc chu trình đa đường hai trục bằng cách giới thiệu hệ số đường dẫn tải. Mô hình này mô tả các tác động bổ sung của các đường dẫn tải khác nhau đối với sự căng thẳng của ratchet vật liệu bằng cách điều chỉnh hệ số đường dẫn tải, do đó dự đoán chính xác phản ứng cơ học trong điều kiện làm việc tải tuần hoàn hai trục (Hình 5).

Hình 4 Sự tiến hóa của biến dạng ratchet và năng lượng tiêu tán theo số vòng tròn theo các đường tải khác nhau

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Kết hợp với nhau, nghiên cứu này tập trung vào mối quan hệ giữa căng thẳng ratchet, làm mềm tuần hoàn và thiệt hại vật liệu trong các điều kiện làm việc của các đường tải khác nhau trong quá trình biến dạng chu kỳ của chất kết dính mềm. Kết quả này đã góp phần vào thiết kế chống mệt mỏi và phát triển các cấu trúc liên kết mềm. Điều đáng nói: Nghiên cứu này xem hệ số đường dẫn tải là một tham số chỉ liên quan đến đường dẫn tải, trong khi trên thực tế, tham số này có thể liên quan đến số vòng lặp. Độ chính xác của các dự đoán lý thuyết có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách xem xét sự phụ thuộc của số vòng lặp vào hệ số đường dẫn tải và thực hiện các sửa đổi tương ứng.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí International Journal of Fatigue với tựa đề "Investigation on the ratcheting strain and cyclic softening of viscoelastic soft adhesive under uniaxial and biaxial cyclic loadings".